EA 025744B1 20170130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025744b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Сенсорный аппарат для детектирования объекта (8) в процессе его сканирования, содержащий сенсорную головку (20), которая содержит приемную плату (28) с множеством приемных отверстий (26), выполненных как сквозные отверстия и образующих приемные гнезда (24) для индивидуальных датчиков (50), и приводной механизм для перемещения объекта (8), при осуществлении сканирования, относительно сенсорной головки (20) в направлении (16) подачи, при этом приемные гнезда (24) расположены в виде множества строк (30) и столбцов (32), образующего массив приемных гнезд (24), причем массив приемных гнезд (24) является прямоугольным массивом, столбцы (32) которого перпендикулярны его строкам (30), каждый датчик (50) содержит наконечник (42), введенный в приемное гнездо приемной платы (28), отличающийся тем, что массив (22) приемных гнезд (24) расположен относительно направления (16) перемещения объекта таким образом, что строки (30) образуют острый угол с направлением (16) перемещения, а датчики (50), установленные в приемные гнезда (24) каждой последующей строки, расположены с возможностью сканирования объекта (8) вдоль линий, отстоящих от линий сканирования датчиков (50), установленных в приемные гнезда (24) предыдущей строки, в направлении, перпендикулярном к направлению (16) перемещения, приемные гнезда (24) выполнены способными плотно удерживать в них индивидуальные наконечники с возможностью их извлечения и по меньшей мере на одной поверхности приемной платы (28) закреплена фиксирующая накладка для плотного удерживания наконечников датчиков (50) с возможностью их извлечения.

2. Сенсорный аппарат по п.1, отличающийся тем, что приемные гнезда (24) образуют регулярный прямоугольный массив, при этом смещение приемных гнезд (24) последующей строки (30) по отношению к приемным гнездам (24) предыдущей строки (30) меньше, чем шаг (34) приемных гнезд (24) вдоль строки (30).

3. Сенсорный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что прямоугольный массив из строк (30) и столбцов (32) повернут таким образом, что, по меньшей мере, расположение части приемных гнезд (24) по меньшей мере одной строки (30) прямоугольного массива совпадает в направлении (16) перемещения объекта с расположением по меньшей мере части приемных гнезд (24) по меньшей мере одной предыдущей строки (30).

4. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что приемная плата (28), по существу, параллельна указанному направлению (16) перемещения, а сенсорная головка (20) выполнена поворотной вокруг оси, перпендикулярной к направлению (16) перемещения, с обеспечением возможности настройки шага смещения приемных гнезд (24).

5. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что содержит двигатель (64), предпочтительно шаговый двигатель, для осуществления поворота сенсорной головки (20), предпочтительно заданными малыми угловыми шагами, в интервале 0-90°.

6. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что приемные гнезда (24) выполнены с возможностью введения датчиков (50) только в часть указанных гнезд.

7. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что по меньшей мере в часть приемных гнезд (24) установлены датчики (50), причем датчики (50) содержат, по меньшей мере, оптический сенсорный элемент, емкостной сенсорный элемент, индуктивный сенсорный элемент и/или химический сенсорный элемент.

8. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что по меньшей мере в часть приемных гнезд (24) установлены оптические датчики (50), причем оптические датчики (50) содержат волокно, которое помещено в наконечник (42).

9. Сенсорный аппарат по п.8, отличающийся тем, что внутри наконечника (42) установлен осветительный элемент (52), предпочтительно светодиод.

10. Сенсорный аппарат по п.8, отличающийся тем, что внутри наконечника (42) установлен сенсорный элемент (54), предпочтительно сенсорный диод.

11. Сенсорный аппарат по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что наконечник (42) выполнен, по меньшей мере, частично прозрачным.

12. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, некоторые приемные отверстия (26) имеют круглое поперечное сечение.

13. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что наконечники (42) введены в приемные отверстия (26) по переходной посадке или по посадке скольжения.

14. Способ детектирования объекта (8), в процессе его сканирования, посредством сенсорного аппарата (10), выполненного согласно любому из пп.1-13, в котором закрепляют по меньшей мере на одной поверхности приемной платы (28) фиксирующую накладку для плотного удерживания наконечников датчиков (50) с возможностью их извлечения, распределяют наконечники (42) множества индивидуальных датчиков (50) в приемных гнездах приемной платы (28) по строкам (30) и столбцам (32) с образованием прямоугольного массива (22) датчиков (50), столбцы (32) которого перпендикулярны его строкам (30), ориентируют массив (22) датчиков (50) по отношению к направлению (16) перемещения объекта таким образом, что строки (30) ориентированы под острым углом по отношению к указанному направлению (16), а датчики (50), установленные в приемные гнезда (24) каждой последующей строки (30), расположены с возможностью сканирования объекта (8) вдоль линий, отстоящих от линий сканирования датчиков (50), установленных в приемные гнезда (24) предыдущей строки, в направлении, перпендикулярном к направлению (16) перемещения, перемещают исследуемый объект относительно указанного множества индивидуальных датчиков (50) и детектируют объект (8) множеством индивидуальных датчиков (50) массива (22) при осуществлении сканирования объекта (8) в процессе указанного перемещения.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
025744
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201390510
(22) Дата подачи заявки
2011.12.22
(51) Int. Cl.
H04N1/193 (2006.01) H04N1/195 (2006.01)
(54)
СПОСОБ И СЕНСОРНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА В ПРОЦЕССЕ ЕГО СКАНИРОВАНИЯ
(31) (32) (33) (43) (86) (87)
10016196.7
2010.12.30
2014.11.28 PCT/EP2011/006515 WO 2012/089320 2012.07.05
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Кюкендаль Петер Йёрг (DE), Райан Даниэль Джозеф (US)
(74) Представитель:
Новоселова С.В., Дощечкина В.В., Липатова И.И., Рыбаков В.М., Хмара М.В. (RU)
(56) US-A1-2005122548 US-A1-2005286093 US-B1-6381377 US-A1-2010231929 US-A1-2007279713
(57) Изобретение относится к сенсорному аппарату для детектирования объекта в процессе его сканирования. Аппарат содержит сенсорную головку (20), которая содержит приемную плату (28) с множеством приемных гнезд (24) для индивидуальных датчиков (50), и приводной механизм для перемещения объекта относительно сенсорной головки в направлении подачи во время осуществления сканирования. Приемные гнезда (24) расположены в виде множества строк и столбцов, т.е. с формированием прямоугольного массива приемных гнезд, который наклонен относительно направления перемещения объекта таким образом, что строки образуют острый угол с направлением перемещения, а датчики (50), установленные в приемные гнезда (24) каждой последующей строки, расположены с возможностью сканирования объекта вдоль линий, отстоящих от линий сканирования датчиков (50), установленных в приемные гнезда (24) предыдущей строки, в направлении, перпендикулярном к направлению перемещения. Каждый датчик (50) содержит наконечник (42), введенный в приемное гнездо приемной платы (28), а приемные гнезда (24) выполнены способными плотно удерживать в них индивидуальные наконечники с возможностью их извлечения. Изобретение относится также к способу детектирования объекта, осуществляемому с использованием данного аппарата.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к охарактеризованному в ограничительной части п. 1 сенсорному аппарату для детектирования объекта.
Аппарат содержит сенсорную головку, имеющую множество приемных гнезд для индивидуальных сенсорных устройств (датчиков), и приводной механизм для перемещения объекта, при осуществлении детектирования, относительно сенсорной головки в направлении подачи.
Изобретение относится также к охарактеризованному в ограничительной части п.14 способу детектирования объекта.
Согласно предлагаемому способу объект детектируется посредством множества индивидуальных датчиков, а объект при осуществлении детектирования перемещают относительно датчиков в направлении подачи.
Предшествующий уровень техники
В известном сенсорном аппарате датчики размещены в линейном массиве, т.е. в строке, проходящей поперек направления подачи объекта. Посредством такого аппарата можно получить только ограниченное разрешение, т.к. датчики, например фотодиоды, имеют определенные размеры.
Сущность изобретения
Изобретение решает задачу создания сенсорного аппарата и способа, осуществляющих детектирование объекта и обеспечивающих при этом хорошее разрешение. Согласно изобретению эта задача решена разработкой сенсорного аппарата и способа, охарактеризованных соответственно в п.1 и 14 формулы.
Сенсорный аппарат характеризуется тем, что приемные гнезда расположены в виде множества строк и столбцов, образующего прямоугольный массив приемных гнезд. При этом массив приемных гнезд наклонен по отношению к направлению подачи таким образом, что строки ориентированы в поперечном направлении по отношению к направлению подачи, а приемные гнезда последующей строки прямоугольного массива смещены по отношению к приемным гнездам предыдущей строки прямоугольного массива в направлении, перпендикулярном к направлению подачи.
Одна из базовых идей изобретения состоит в создании сенсорной головки с множеством строк приемных гнезд для индивидуальных датчиков с целью повысить скорость операции детектирования по сравнению с сенсорной головкой, имеющей только одну строку датчиков. Строки, вдоль которых расположены приемные гнезда, ориентированы в поперечном направлении по отношению к направлению подачи.
Еще одна базовая идея изобретения заключается в том, что во время перемещения объекта относительно сенсорной головки все датчики функционируют одновременно. Если детектируют или сканируют изображение, в процессе непрерывного перемещения объекта будет постепенно получено новое изображение.
Согласно изобретению по меньшей мере часть приемных гнезд сенсорной головки размещена в виде регулярного массива (паттерна) из строк и столбцов, в котором столбцы перпендикулярны строкам. Такой массив далее именуется прямоугольным массивом приемных гнезд. Внутри прямоугольного массива приемные гнезда расположены таким образом, что в группах из четырех приемных гнезд эти гнезда расположены в вершинах прямоугольника. Такое регулярное расположение приемных гнезд в массиве может именоваться ортогональным. В частности, приемные гнезда расположены в виде двумерного массива, или матрицы.
Желательно, чтобы приемные гнезда были расположены в виде регулярного паттерна, в котором шаг приемных гнезд (т.е. расстояние между двумя центральными точками соседних приемных гнезд в одной строке или в одном столбце) был постоянным. Более конкретно, шаги по строке и по столбцу предпочтительно равны друг другу. Шаг приемных гнезд сенсорной головки именуется также конструктивным шагом.
Базисный аспект изобретения заключается в том, что строки приемных гнезд датчиков ориентированы поперечно, но не перпендикулярно к направлению подачи. Как следствие, столбцы приемных гнезд также ориентированы поперечно к направлению подачи. Таким образом, массив приемных гнезд развернут (наклонен) из положения, в котором столбцы расположены вдоль направления подачи, в положение, в котором столбцы наклонены по отношению к этому направлению. Поскольку приемные гнезда расположены в виде прямоугольного массива, строки также наклонены по отношению к направлению, перпендикулярному к направлению подачи.
Сенсорная головка предпочтительно является головкой, соответствующей технологии Page-wide, т.е. она имеет ширину, соответствующую ширине детектируемого или сканируемого объекта/изображения. Ширина объекта или изображения определяется как его размер в поперечном направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном направлению подачи. Поэтому детектирование объекта или изображения может производиться при перемещении сенсорной головки только в направлении подачи, без дополнительного перемещения в поперечном направлении. Направление подачи, которое может именоваться также направлением движения объекта, может быть прямолинейным.
В предпочтительном варианте сенсорной головки приемные гнезда расположены в регулярном по
ле, имеющем, по существу, прямоугольный контур. Наклон прямоугольного поля приемных гнезд по отношению к направлению подачи позволяет повысить разрешение детектирования или сканирования при сохранении, в то же время, простоты изготовления сенсорной головки. Каждое из приемных гнезд предназначено для введения в него по меньшей мере одного, в частности именно одного, датчика для детектирования объекта или его изображения. Датчики могут быть, в частности, оптическими, такими, например, как фотодиоды. Во время смещения объекта относительно сенсорной головки каждый из датчиков может детектировать или сканировать единственный пиксель или линию пикселей, ориентированную в направлении перемещения объекта.
В предпочтительном варианте сенсорного аппарата угол наклона, который определяется, как угол между столбцами и направлением подачи, выбран меньшим 45°, в частности составляющим 1°-10°, более предпочтительно 2°-8°, еще более предпочтительно 2°-5°. Применительно к массиву 32x32 приемных гнезд угол наклона предпочтительно составляет около 2,7°. Наклон массива приемных гнезд может обеспечиваться наклоном сенсорной головки по отношению к направлению подачи и/или наклоном этого массива относительно сенсорной головки.
В предпочтительном варианте выполнения сенсорной головки приемные гнезда образуют регулярный прямоугольный массив, причем смещение приемных гнезд последующей строки по отношению к приемным гнездам предыдущей строки меньше, чем шаг приемных гнезд вдоль строки. Размер смещения определяется, в частности, как расстояние в направлении, перпендикулярном к направлению подачи, между двумя соответствующими приемными гнездами соседних (смежных) строк. Размер смещения соответствует шагу линий сканирования.
Другими словами, шаг линий сканирования, т.е. шаг линий сканирования или пикселей в направлении, перпендикулярном к направлению подачи, предпочтительно меньше конструктивного шага для одной строки, т.е. шага приемных гнезд/датчиков одной строки. Соответственно, столбцы массива приемных гнезд наклонены так, что последующий датчик одного столбца сканирует пиксель, который смещен в направлении, перпендикулярном направлению подачи, по сравнению с пикселем, просканированным предыдущим датчиком того же столбца.
В регулярном прямоугольном массиве шаг приемных гнезд одной строки предпочтительно является постоянным. В предпочтительном варианте, обеспечивающем максимально возможное разрешение, размер смещения определяется, как величина, обратная количеству строк.
В другом предпочтительном варианте прямоугольный массив строк и столбцов наклонен на угол, при котором по меньшей мере часть приемных гнезд по меньшей мере одной строки прямоугольного массива согласована в направлении подачи по меньшей мере с частью приемных гнезд по меньшей мере одной предыдущей строки.
В этом варианте возможно многократное сканирование одного и того же пикселя, т.е. один и тот же пиксель может быть просканирован или детектирован несколькими датчиками. Приемные гнезда, согласованные в направлении подачи, предпочтительно соответствуют приемным гнездам смежных столбцов.
Имея возможность считывать один и тот же пиксель несколькими датчиками, можно, в частности, считывать различные цвета. Для этого, можно, например, установить в массиве приемных гнезд три датчика для трех различных цветов, согласовав данные датчики в направлении перемещения объекта.
Разрешение сканирования можно легко регулировать выполнением сенсорной головки поворотной вокруг оси, перпендикулярной к направлению подачи, что позволяет регулировать размер смещения приемных гнезд. В частности, сканирующая головка выполняется поворотной вокруг оси, перпендикулярной сканируемой поверхности объекта. Альтернативно или дополнительно, можно также разворачивать массив приемных гнезд/датчиков внутри сенсорной головки.
Для прецизионного перемещения сенсорной головки предпочтительно используется двигатель (конкретно - шаговый), поворачивающий ее в интервале 0°-90°, желательно заданными малыми угловыми шагами. Двигатель может быть, в частности, электрическим.
Индивидуальные датчики могут быть введены, в принципе, во все приемные гнезда сенсорной головки. Для обеспечения гибкой настройки сенсорной головки на конкретную операцию сканирования или детектирования желательно, чтобы - помимо заполнения всех приемных гнезд датчиками - приемные гнезда были выполнены с возможностью введения датчиков только в часть указанных гнезд, т.е. чтобы сенсорная головка могла работать и с частично заполненным массивом приемных гнезд.
В предпочтительном варианте осуществления датчики введены по меньшей мере в часть приемных гнезд и содержат, по меньшей мере, оптический сенсорный элемент, емкостной сенсорный элемент, индуктивный сенсорный элемент и/или химический сенсорный элемент. Датчиками могут быть, например, оптические, в частности ИК (инфракрасные), датчики или температурные датчики, причем температурные датчики или ИК-датчики позволяют детектировать температурный профиль поверхности объекта. Датчики можно выполнить с возможностью детектировать на объекте цветовой профиль или профиль толщины покрытия.
Датчики могут содержать, например, точечный диод, фотодиод или фототранзистор. Кроме того, в качестве датчиков можно применять пироэлектрические датчики или микроантенны.
В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере в часть приемных гнезд
введены оптические датчики, содержащие помещенное в наконечник волокно.
При этом желательно, чтобы сенсорная головка содержала множество наконечников, расположенных в двумерном массиве. Для детектирования светового сигнала, полученного от объекта, волокна, помещенные в наконечники, можно подвести к сенсорному элементу.
Надежный световой сигнал можно получить, поместив внутри наконечника светоиспускающий элемент, например светодиод (СД). Предусмотрена возможность использовать такой элемент для подсветки объекта. Испускаемое излучение отражается или рассеивается объектом и может быть детектировано сенсорным элементом, расположенным у конца волокна.
В другом предпочтительном варианте осуществления внутри наконечника установлен сенсорный элемент, в частности сенсорный диод, такой как фотодиод. В этом случае для подсветки объекта волокно наконечника можно присоединить к осветительному элементу, например, к светодиоду. Свет отражается или рассеивается объектом и детектируется сенсорным элементом, расположенным в наконечнике.
Предпочтительно выполнить наконечник по меньшей мере частично прозрачным, причем в особенности в варианте, в котором он содержит сенсорный и/или осветительный элемент.
В предпочтительном варианте выполнения сенсорной головки она снабжена приемной платой с множеством приемных отверстий, образующих приемные гнезда для датчиков. Эти датчики, например индивидуальные наконечники с введенными в них концами волокон или индивидуальными фотодиодами, могут вводиться в приемные гнезда и фиксироваться в них. Особенно желательно, чтобы приемные отверстия были сквозными отверстиями, в которые можно вставлять датчики.
В предпочтительном варианте по меньшей мере некоторые приемные отверстия имеют круглое поперечное сечение. Круглое поперечное сечение обеспечивает хорошее, плотное сопряжение с индивидуальными наконечниками для волокна. В этом отношении желательно, чтобы наружная поверхность наконечников также имела круглое поперечное сечение, соответствующее круглому поперечному сечению приемных отверстий.
Наконечники могут вводиться в отверстия по переходной посадке или посадке скольжения, что позволит размещать наконечники в приемных отверстиях и извлекать их, используя простой ручной инструмент. Особенно предпочтительно не использовать никаких дополнительных фиксаторов для закрепления наконечников в отверстиях.
Для надежного удерживания, с возможностью извлечения, наконечников в приемных отверстиях, желательно, чтобы по меньшей мере на одной поверхности приемной платы была закреплена фиксирующая накладка. Фиксирующая накладка предпочтительно содержит упругий полимер, в частности резину и/или эластомер. Целесообразно изготовить ее, полностью или частично, из материала Viton(r). Наконечники могут вводиться с усилием в фиксирующую накладку и удерживаться с ее помощью после того, как она охватит введенный в нее наконечник. Наконечники могут извлекаться простым выталкиванием в обратном направлении с одной стороны приемной платы.
Еще в одном предпочтительном варианте предусмотрен линзовый растр, состоящий из множества линз, которые расположены в нем в виде прямоугольного массива из строк и столбцов, соответствующего прямоугольному массиву из строк и столбцов приемных гнезд. Линзовый растр может быть выполнен как цельный блок или как индивидуальные линзовые вставки, сопрягаемые с приемными гнездами сенсорной головки.
Вместо линзового растра или в дополнение к нему можно также установить единственную линзу. В другом предпочтительном варианте индивидуальные линзы могут быть введены в приемные отверстия приемной платы.
Способ согласно изобретению характеризуется тем, что датчики распределяют по множеству строк и столбцов с образованием прямоугольного массива датчиков, а объект детектируют или сканируют, когда массив датчиков наклонен по отношению к направлению подачи таким образом, что строки ориентированы в поперечном направлении по отношению к направлению подачи, а датчики последующей строки прямоугольного массива смещены по отношению к датчикам предыдущей строки прямоугольного массива в направлении, перпендикулярном к направлению подачи.
Способ по изобретению обеспечивает достижение преимуществ, рассмотренных выше применительно к сенсорному аппарату. В частности, становится возможным добиться высокого разрешения при выполнении операции детектирования или сканирования.
Перечень фигур чертежей
Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематично представлен сенсорный аппарат по изобретению.
На фиг. 2 представлена, в перспективном изображении, сенсорная головка по изобретению.
На фиг. 3 проиллюстрированы принцип действия сенсорного аппарата по изобретению и способ по изобретению.
На фиг. 4 представлен массив приемных гнезд для датчиков.
На фиг. 5 показан полностью заполненный и наклоненный массив гнезд.
На фиг. 6 иллюстрируется общий принцип опции с многократным сканированием.
На фиг. 7 представлено ПЗС- или КМОП-устройство, используемое в качестве датчиков.
На фиг. 8 представлен, в сечении, первый вариант выполнения массива датчиков.
На фиг. 9 представлен, в сечении, второй вариант выполнения массива датчиков.
На фиг. 10 представлен, в сечении, третий вариант выполнения массива датчиков.
На фиг. 11 представлен, в сечении, четвертый вариант выполнения массива датчиков.
На фиг. 12 представлен, в сечении, пятый вариант выполнения массива датчиков.
На фиг. 13 представлена, в сечении, сенсорная головка с двигателем.
На фиг. 14 представлен, в перспективном изображении, наконечник с двумя волокнами.
На фиг. 15 представлен, в перспективном изображении, наконечник с тремя волокнами. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 схематично изображен сенсорный аппарат 10. Он содержит блок 12 управления функционированием датчиков и сенсорную головку 20, которая подключена к данному блоку кабелем 14. Сенсорный аппарат 10 может, в частности, являться матричным или пиксельным.
На фиг. 2 показан общий вид сенсорной головки 20, которая содержит корпус 21, который в представленном варианте снаружи имеет форму цилиндра. На передней грани цилиндрической сенсорной головки 20 находится множество приемных гнезд 24, расположенных в виде регулярного прямоугольного массива. Приемные гнезда 24 заполнены индивидуальными сенсорными датчиками 50, которые, в частности, могут являться фотодиодами или торцами волокон, подведенных к фотодиодам.
Прямоугольные массивы приемных гнезд 24 и датчиков 50 совместно образуют двумерный массив 22, имеющий прямоугольный контур. В двумерном массиве 22 приемные гнезда 24 и датчики 50 расположены по строкам 30 и столбцам 32, ориентированным взаимно перпендикулярно.
На фиг. 3 проиллюстрирован общий принцип операции детектирования или сканирования. Сенсорная головка 20 развернута (наклонена) по отношению к направлению 16 подачи объекта 8, подлежащего сканированию. Как следствие развернутого (наклоненного) положения сенсорной головки 20, приемные гнезда 24 различных строк 30 взаимно смещены относительно направления 16 подачи. В приемные гнезда 24 введены индивидуальные датчики 50.
Датчики 50 первой строки 30а расположены с возможностью сканирования перемещающегося объекта 8 вдоль первых индивидуальных линий 6а, параллельных направлению 16 подачи объекта и отстоящих одна от другой в направлении, перпендикулярном к этому направлению 16. Вторая строка 30b смещена относительно первой строки 30а, так что датчики 50 второй строки 30b расположены с возможностью сканирования объекта 8 вдоль вторых индивидуальных линий 6b, отстоящих одна от другой и от первых индивидуальных линий 30а в направлении, перпендикулярном к направлению 16 подачи. Датчики 50 последней строки 30с расположены с возможностью сканирования объекта 8 вдоль индивидуальных линий 6с, отстоящих одна от другой и от всех ранее использованных линий 6а, 6b в направлении, перпендикулярном к направлению 16 подачи.
На фиг. 4 представлен массив 22 приемных гнезд 24 сенсорной головки 20. Приемные гнезда 24 сформированы в приемной плате 28, которая может быть металлической, например стальной платой толщиной около 5 мм. Приемные гнезда 24 представляют собой круглые приемные отверстия 26, выполненные в приемной плате 28, в частности, как сквозные отверстия круглого сечения.
В предпочтительном варианте массив 22 приемных гнезд 24 имеет, по строкам и столбцам, конструктивный шаг 34, составляющий примерно 1-4 мм и определяемый, как расстояние между центрами двух смежных приемных гнезд 24 в одной строке 30 или в одном столбце 32. Желательно, чтобы каждое приемное отверстие 26 имело диаметр 27, составляющий 1-3 мм.
В представленном варианте приемная плата 28 содержит массив 22 приемных гнезд 24, образующих регулярный (квадратный) паттерн. В представленном массиве 22 содержится 32x32 приемных гнезд 24 с диаметром 27, равным 2,0 мм, расположенных с конструктивным шагом 34, равным 3,2 мм. Результирующая ширина 29 массива 22 по длине строк и столбцов равна 102,4 мм.
В дополнение к массиву 22 приемных гнезд 24 предусмотрено множество свободных приемных гнезд 25 для размещения запасных датчиков 51. Эти гнезда 25 также выполнены как приемные отверстия в приемной плате 28.
На фиг. 5 полностью заполненная приемная плата 28 показана в наклоненном (развернутом) положении. Наклоненное положение определяется, в частности, тем, что прямоугольный массив строк 30 и столбцов 32 отклонен от положения, в котором столбцы 32 параллельны направлению 16 подачи, в положение, в котором столбцы 32 расположены наклонно (под углом) по отношению к этому направлению.
При сканировании наклоненное положение массива 22 повышает максимально возможное разрешение. Первая строка 30а датчиков 50 может сканировать объект с разрешением в поперечном направлении, определяемым количеством датчиков 50 в этой строке. Другими словами, если первая строка 30а содержит 32 датчика 50, максимальное разрешение в поперечном направлении соответствует 32 линиям или пикселям. Как следствие наклонного расположения массива, вторая строка 30b сдвинута в поперечном направлении относительно первой строки 30а, так что датчики 50 второй строки 30b могут сканировать линии, смещенные по отношению к линиям первой строки 30а. Таким образом, если первая и вторая строки содержат одинаковое количество датчиков 50, разрешение сканирования удваивается.
Третья и последующие строки 30 также сдвинуты относительно любой из предыдущих строк 30,
что дополнительно повышает разрешение. Максимально возможное разрешение задается произведением количества датчиков 50 в строке на количество датчиков 50 в столбце. Например, если сенсорная головка 20 имеет в наклоненном (расположенном под углом) массиве 22 32x32 датчиков 50, максимальное разрешение в поперечном направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном к направлению 16 подачи, составит 1024 пикселя.
При использовании наклоненного массива 22 датчиков 50 шаг 35 сканируемых линий, равный расстоянию между двумя смежными линиями, меньше, чем конструктивный шаг 34.
На фиг. 6 схематично проиллюстрированы различные углы 38 наклона (см. фиг. 5) массива 22 датчиков. Левая группа датчиков на фиг. 6 соответствует массиву 22, наклоненному на такой угол, что каждый из датчиков 50 одного столбца 32 расположен с возможностью сканирования объекта 8 вдоль линии 6, смещенной по отношению к любой из линий, просканированных любыми другими датчиками 50 того же столбца, когда объект 8 перемещают в направлении 16 подачи. Это означает, что датчики 50 одного столбца 32 смещены по отношению к любым другим датчикам 50 того же столбца 32. С этой конфигурацией может быть достигнуто максимальное разрешение используемой сенсорной головки 20.
Средняя группа датчиков соответствует массиву 22, наклоненному на такой угол, что для любого пикселя возможно двукратное сканирование. Это означает, что датчики 50 одного столбца 32 соответствуют датчикам 50 другого столбца 32, так что один и тот же пиксель может быть просканирован двумя различными датчиками 50, расположенными в разных столбцах 32.
Правая группа соответствует массиву 22, наклоненному на такой угол, что для любого пикселя возможно трехкратное сканирование. Это означает, что датчики 50 одного столбца 32 соответствуют датчикам 50 двух других столбцов 32, так что один и тот же пиксель может быть просканирован тремя различными датчиками 50, расположенными в разных столбцах 32.
На фиг. 7 представлен массив 22 датчиков 50, в котором эти датчики сформированы в виде ПЗС-или КМОП-устройства. Боковые стороны массива 22 срезаны так, чтобы получить наклоненный массив, как это показано на фиг. 7.
Массив 22 приемных гнезд 24 и датчиков 50 необязательно должен быть двумерным массивом 22. Приемные гнезда 24 и датчики 50 могут быть распределены также и по криволинейной поверхности. Такие трехмерные конструкции могут использоваться, например, для сканирования бутылок или похожих на них объектов. Например, замкнутая трехмерная конструкция может быть применена для сканирования цилиндрического объекта.
На фиг. 8 представлена, в сечении, приемная плата 28 с приемными гнездами 24, в которые установлены датчики 50. Приемные гнезда 24 выполнены, как приемные отверстия 26, в частности сквозные отверстия. Каждый датчик 50 содержит наконечник 42, в который введен конец волокна 56. Сами наконечники 42 установлены в приемные отверстия 26.
На фиг. 9 показана сенсорная головка 20 с линзовым растром 60, имеющим тот же шаг, что и массив 22 приемных гнезд 24.
На фиг. 10 представлена сенсорная головка 20 с индивидуальными линзами или линзовыми вставками 62, сопряженными с приемными отверстиями 26 приемной платы 28. При использовании индивидуальных линз 62 они могут иметь различные фокусные расстояния, что позволит производить сканирование неплоских объектов. Применимы также комбинированные технологии сканирования.
На фиг. 11 представлена, в сечении, приемная плата 28 с множеством приемных отверстий 26, образующих двумерную матрицу. В отверстия 26 введены индивидуальные датчики 50, каждый из которых снабжен наконечником 42. В наконечнике 42 выполнен канал, в котором при сопряжении волокна 56 с наконечником 42 фиксируют конец волокна.
Для детектирования светового сигнала предусмотрена возможность присоединить волокно 56 к сенсорному элементу, например к фотодиоду.
В корпус наконечника 42 вмонтирован осветительный элемент 52, посылающий световой сигнал на объект 8. Предусмотрена возможность выполнить элемент 52 в форме кольца, позволяющего провести через данный элемент волокно 56, в результате чего волокно 56 будет охвачено элементом 52. Для подсвечивания объекта 8 наконечник 42 выполнен по меньшей мере частично прозрачным.
На фиг. 12 представлена, в сечении, приемная плата 28 с приемными отверстиями 26. В отверстия 26 установлены наконечники 42, содержащие сенсорные элементы 54, такие как фотодиод, которые детектируют световой сигнал, поступивший от объекта 8. Сенсорный элемент 54 вмонтирован в корпус наконечника 42. Предусмотрена возможность выполнить элемент 54 в форме кольца, позволяющего провести через данный элемент волокно 56 наконечника 42. Через волокна 56 можно подсвечивать объект 8.
Если осветительный элемент 52 или сенсорный элемент 54 установлены в наконечнике 42, желательно поместить между наконечником 42 и объектом 8 линзу 62. Из множества линз 62 можно сформировать линзовый растр 60, как это показано на фиг. 11 и 12.
На фиг. 13 представлена поворотная сенсорная головка 20, содержащая приемную плату 28 с приемными гнездами 24. Для осуществления поворота сенсорной головки 20 и/или приемной платы 28 установлен двигатель 64, предпочтительно шаговый. Между выходным валом двигателя 64 и сенсорной головкой 20 расположена трансмиссия 66, функцию которой в данном варианте осуществления выполняет
ремень. Предусмотрена возможность придать сенсорной головке 20 снаружи, в частности, форму цилиндра.
На фиг. 14 представлен, в перспективном изображении, наконечник 42 для волокна. Он имеет вводимое в гнездо, по существу, цилиндрическое тело, изготовленное из металла (предпочтительно из стали), керамики, пластика или стекла. Особенно желательно, чтобы наконечник 42 содержал циркониевую керамику. У цилиндрического тела имеется кольцевой выступ 46 с упорной поверхностью 44 для контактирования с плоской поверхностью приемной платы 28.
Предусмотрена возможность ввести в наконечник 42 одно или более волокон 56. На фиг. 14 представлен вариант осуществления с двумя волокнами 56, 57. Можно одно из них использовать для подсветки (т.е. для подсветки объекта 8, подлежащего детектированию), а другое подсоединить к сенсорному элементу. Множество наконечников 42 с волокнами можно использовать также для текущего мониторинга пикселей, посредством которого в оперативный период времени можно выявить дефектные пиксели. Высокую надежность датчика 50 можно обеспечить, если проводить обследование каждого из волокон 56, 57 наконечника 42 индивидуально, присоединив к датчику каждое волокно. Такой датчик 50 содержит монитор повреждения волокна, т.е. нет необходимости устанавливать зеркало с фронтальной стороны наконечника 42.
На фиг. 15 показан наконечник 42 с тремя волокнами 56, 57, 58. Такой наконечник может использоваться, например, для получения цветного изображения. Для этого из волокон 56, 57, 58 можно сформировать группу для основных цветов в системе RGB. Присоединение волокон 56, 57, 58 к сенсорным элементам позволит, используя RGB-конфигурацию, сформировать цветное изображение. Предусмотрена возможность выполнить для сенсорных элементов фильтрацию соответствующего цвета.
В общем случае для повышения чувствительности сигнала можно увеличить диаметры волокон таким образом, чтобы оказалась заполненной главная часть поперечного сечения наконечника.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сенсорный аппарат для детектирования объекта (8) в процессе его сканирования, содержащий
сенсорную головку (20), которая содержит приемную плату (28) с множеством приемных отверстий
(26), выполненных как сквозные отверстия и образующих приемные гнезда (24) для индивидуальных датчиков (50), и
приводной механизм для перемещения объекта (8), при осуществлении сканирования, относительно сенсорной головки (20) в направлении (16) подачи,
при этом приемные гнезда (24) расположены в виде множества строк (30) и столбцов (32), образующего массив приемных гнезд (24), причем
массив приемных гнезд (24) является прямоугольным массивом, столбцы (32) которого перпендикулярны его строкам (30),
каждый датчик (50) содержит наконечник (42), введенный в приемное гнездо приемной платы (28), отличающийся тем, что
массив (22) приемных гнезд (24) расположен относительно направления (16) перемещения объекта таким образом, что строки (30) образуют острый угол с направлением (16) перемещения, а датчики (50), установленные в приемные гнезда (24) каждой последующей строки, расположены с возможностью сканирования объекта (8) вдоль линий, отстоящих от линий сканирования датчиков (50), установленных в приемные гнезда (24) предыдущей строки, в направлении, перпендикулярном к направлению (16) перемещения,
приемные гнезда (24) выполнены способными плотно удерживать в них индивидуальные наконечники с возможностью их извлечения и
по меньшей мере на одной поверхности приемной платы (28) закреплена фиксирующая накладка для плотного удерживания наконечников датчиков (50) с возможностью их извлечения.
2. Сенсорный аппарат по п.1, отличающийся тем, что приемные гнезда (24) образуют регулярный прямоугольный массив, при этом смещение приемных гнезд (24) последующей строки (30) по отношению к приемным гнездам (24) предыдущей строки (30) меньше, чем шаг (34) приемных гнезд (24) вдоль строки (30).
3. Сенсорный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что прямоугольный массив из строк (30) и столбцов (32) повернут таким образом, что, по меньшей мере, расположение части приемных гнезд (24) по меньшей мере одной строки (30) прямоугольного массива совпадает в направлении (16) перемещения объекта с расположением по меньшей мере части приемных гнезд (24) по меньшей мере одной предыдущей строки (30).
4. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что приемная плата (28), по существу, параллельна указанному направлению (16) перемещения, а сенсорная головка (20) выполнена поворотной вокруг оси, перпендикулярной к направлению (16) перемещения, с обеспечением возможности настройки шага смещения приемных гнезд (24).
5. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что содержит двигатель (64), пред-
почтительно шаговый двигатель, для осуществления поворота сенсорной головки (20), предпочтительно заданными малыми угловыми шагами, в интервале 0-90°.
6. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что приемные гнезда (24) выполнены с возможностью введения датчиков (50) только в часть указанных гнезд.
7. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что по меньшей мере в часть приемных гнезд (24) установлены датчики (50), причем датчики (50) содержат, по меньшей мере, оптический сенсорный элемент, емкостной сенсорный элемент, индуктивный сенсорный элемент и/или химический сенсорный элемент.
8. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что по меньшей мере в часть приемных гнезд (24) установлены оптические датчики (50), причем оптические датчики (50) содержат волокно, которое помещено в наконечник (42).
9. Сенсорный аппарат по п.8, отличающийся тем, что внутри наконечника (42) установлен осветительный элемент (52), предпочтительно светодиод.
10. Сенсорный аппарат по п.8, отличающийся тем, что внутри наконечника (42) установлен сенсорный элемент (54), предпочтительно сенсорный диод.
11. Сенсорный аппарат по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что наконечник (42) выполнен, по меньшей мере, частично прозрачным.
12. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, некоторые приемные отверстия (26) имеют круглое поперечное сечение.
13. Сенсорный аппарат по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что наконечники (42) введены в приемные отверстия (26) по переходной посадке или по посадке скольжения.
14. Способ детектирования объекта (8), в процессе его сканирования, посредством сенсорного аппарата (10), выполненного согласно любому из пп.1-13, в котором
закрепляют по меньшей мере на одной поверхности приемной платы (28) фиксирующую накладку для плотного удерживания наконечников датчиков (50) с возможностью их извлечения,
распределяют наконечники (42) множества индивидуальных датчиков (50) в приемных гнездах приемной платы (28) по строкам (30) и столбцам (32) с образованием прямоугольного массива (22) датчиков (50), столбцы (32) которого перпендикулярны его строкам (30),
ориентируют массив (22) датчиков (50) по отношению к направлению (16) перемещения объекта таким образом, что строки (30) ориентированы под острым углом по отношению к указанному направлению (16), а датчики (50), установленные в приемные гнезда (24) каждой последующей строки (30), расположены с возможностью сканирования объекта (8) вдоль линий, отстоящих от линий сканирования датчиков (50), установленных в приемные гнезда (24) предыдущей строки, в направлении, перпендикулярном к направлению (16) перемещения,
перемещают исследуемый объект относительно указанного множества индивидуальных датчиков
(50) и
детектируют объект (8) множеством индивидуальных датчиков (50) массива (22) при осуществлении сканирования объекта (8) в процессе указанного перемещения.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025744
025744
- 1 -
- 1 -
025744
025744
- 1 -
- 1 -
025744
025744
- 1 -
- 1 -
025744
025744
- 1 -
- 1 -
025744
025744
- 4 -
- 3 -
025744
025744
- 6 -
025744
025744
- 8 -
025744
025744
025744
025744
- 10 -
- 10 -
025744
025744
- 11 -
- 11 -